標(biāo)題: 基于cd4511和74ls192的八路搶答器的電路設(shè)計(jì) [打印本頁(yè)]
作者: 1650799810    時(shí)間: 2021-6-17 15:31
標(biāo)題: 基于cd4511和74ls192的八路搶答器的電路設(shè)計(jì)


1. 設(shè)計(jì)目的        
2. 設(shè)計(jì)要求        
3. 設(shè)計(jì)方案        
3.1八路搶答器的設(shè)計(jì)框圖        
4. 詳細(xì)電路設(shè)計(jì)        
4.1電路組成        
4.2按鍵編碼譯碼鎖存顯示電路        
4.3控制電路        
4.4計(jì)時(shí)電路        
5. 電路調(diào)試        
5.1調(diào)試過(guò)程        
5.2調(diào)試遇到的問(wèn)題        
6. 設(shè)計(jì)總結(jié)        
7. 參考文獻(xiàn)        

1. 設(shè)計(jì)目的
掌握搶答器的工作原理及其設(shè)計(jì)方法，掌握設(shè)計(jì)性試驗(yàn)方法。
2. 設(shè)計(jì)要求
1.設(shè)計(jì)制作一個(gè)容納8組參賽隊(duì)的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)置一搶答按鈕供搶答者使用。
2.設(shè)計(jì)搶答者的輸入搶答鎖定電路、搶答者序號(hào)編碼、譯碼和顯示電路。
3.設(shè)計(jì)定時(shí)電路，聲、光報(bào)警或音樂(lè)片驅(qū)動(dòng)電路。
4.設(shè)計(jì)控制邏輯電路，啟動(dòng)、復(fù)位電路。

3. 設(shè)計(jì)方案
本搶答器的所實(shí)現(xiàn)的功能為：首先上電，此時(shí)主持人手中的控制按鈕閉合，此使時(shí)鐘電路的led數(shù)碼管顯示為9，搶答器按鍵led數(shù)碼管上什么都沒(méi)有，當(dāng)主持人決定開始搶答時(shí)打開控制按鈕，此時(shí)時(shí)鐘電路的數(shù)碼管開始進(jìn)行9到0的10秒鐘倒計(jì)時(shí)，當(dāng)選手按下?lián)尨鹌靼粹o，蜂鳴器發(fā)出響聲，此使倒計(jì)時(shí)停止并顯示出此刻時(shí)間并保持，并且led數(shù)碼管上會(huì)顯示出搶答成功的選手的按鈕數(shù)字，并且會(huì)一直保持，直到主持人再次按下控制按鈕復(fù)位。

上圖中最上面的是本次系統(tǒng)的主體電路。以下為各個(gè)框圖所實(shí)現(xiàn)的功能和可選元件簡(jiǎn)要說(shuō)明，具體說(shuō)明會(huì)在詳細(xì)電路設(shè)計(jì)中給出。
搶答按鈕電路：可供搶答者搶答使用。
提示電路：無(wú)論哪個(gè)搶答者按下按鈕都會(huì)發(fā)出提示音，在具體電路中可用蜂鳴器代替。
編碼譯碼電路：將搶答者所按下的按鈕號(hào)碼進(jìn)行編碼和譯碼，可用cc4511芯片設(shè)計(jì)完成。
Led顯示電路：將搶答者按下的按鈕的編號(hào)用led數(shù)碼管顯示，可用7位led共陰極數(shù)碼管完成。
主持人控制按鈕：可以提供給主持人控制電路的復(fù)位，啟動(dòng)等
控制電路：主持人實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電路的控制。
秒脈沖產(chǎn)生電路：產(chǎn)生1秒鐘延遲的脈沖，模擬時(shí)可用方波脈沖信號(hào)設(shè)計(jì)。實(shí)際當(dāng)中可用555脈沖產(chǎn)生器。
定時(shí)電路：形成9到0的十秒鐘倒計(jì)時(shí)，可用芯片74ls192構(gòu)成。
顯示電路：將9到0的十秒鐘倒計(jì)時(shí)顯示出來(lái)�？捎盟奈�led數(shù)碼管顯示。

4. 詳細(xì)電路設(shè)計(jì)
4.1電路組成
本次設(shè)計(jì)的八路搶答器電路總共由4個(gè)部分組成----按鍵編碼譯碼顯示電路，時(shí)鐘電路，控制電路。如圖2為系統(tǒng)總原理圖，下面將對(duì)各個(gè)電路進(jìn)行詳細(xì)介紹。

4.2按鍵編碼譯碼鎖存顯示電路
以下為八路搶答器的按鍵編碼譯碼鎖存電路原理圖，如圖3
此電路以cd4511為主體構(gòu)成的一個(gè)將搶答者按鍵通過(guò)編碼譯碼鎖存電路，下面先介紹一下cd4511這個(gè)芯片：如圖4為cd4511的引腳封裝圖，如表1為cd4511的真值表。

CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼-七段碼譯碼器。
具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流�？芍苯域�(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。
引腳功能
ABCD：二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端
BI：輸出消隱控制端
LE：數(shù)據(jù)鎖定控制端
LT：燈測(cè)試端
Ya~Yg：數(shù)據(jù)輸出端
VDD：電源正
VSS：電源負(fù)
其中：a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。
LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。
BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過(guò)十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。
a～g是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。
具體電路分析如下：
例如，當(dāng)1鍵按下，A引腳為高電平，此時(shí)cd4511芯片輸入碼為0001，經(jīng)過(guò)譯碼輸出為0110000，此時(shí)cdg引腳為100，c引腳為高電平，經(jīng)過(guò)D14二極管導(dǎo)通接入5引腳，使得EL變?yōu)楦唠娖�，�?/font>LI,BI任為高電平，此時(shí)CD4511進(jìn)入鎖存狀態(tài)。而cd4511的每一個(gè)輸入端都通過(guò)一個(gè)二極管接入蜂鳴器，所以只要有一個(gè)為高電平都能使得蜂鳴器發(fā)出響聲。
剩下的7的按鍵都為同理，如表2所示：
開關(guān)
DCBA
GFEDCBA
CDG
LT
BI
LE
狀態(tài)
s1
0001
0000110
100
1
1
1
鎖存
s2
0010
1011011
011
1
1
1
鎖存
s3
0011
1001111
111
1
1
1
鎖存
s4
0100
1100110
101
1
1
1
鎖存
s5
0101
1101101
111
1
1
1
鎖存
s6
0110
1111101
111
1
1
1
鎖存
s7
0111
0000111
100
1
1
1
鎖存
s8
1000
1111111
111
1
1
1
鎖存

表2開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)表
根據(jù)cd4511的特性a～g是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來(lái)選取，電源電壓5V時(shí)可使用300Ω的限流電阻。
4.3控制電路
如圖5為本系統(tǒng)的主持人控制電路原理圖。
圖5控制電路原理圖
當(dāng)主持人按下控制按鈕，此時(shí)LT為高電平，BI經(jīng)過(guò)開關(guān)接入低電平，此時(shí)不管EL為何種電平，cd4511都會(huì)進(jìn)入消隱狀態(tài)完成復(fù)位工作。M點(diǎn)接入時(shí)鐘電路�？刂茣r(shí)鐘的復(fù)位。
4.4計(jì)時(shí)電路
如圖6為本系統(tǒng)的倒計(jì)時(shí)電路原理圖，實(shí)現(xiàn)的功能就是執(zhí)行9到0的10秒鐘倒計(jì)時(shí)。
P點(diǎn)接入按鍵編碼譯碼鎖存顯示電路的cd4511四個(gè)輸入端所連接的二極管的上方，使得只要有一個(gè)輸入為1就能使得計(jì)時(shí)電路停止倒計(jì)時(shí)。
Q點(diǎn)則接入主持人控制電路，以控制計(jì)時(shí)電路的復(fù)位。
此電路還用到了74ls192芯片，如圖7為74ls192的封裝圖，表3為其功能表

由表可知，74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。(bcd,二進(jìn)制)。
CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。   
LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。
CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。   
CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出，  
BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。
所以在設(shè)計(jì)時(shí)將up端接入和~clad端接入高電平，CLR端接入低電平，并預(yù)置數(shù)設(shè)為9即1001，并將方波信號(hào)發(fā)生器的秒脈沖接入down端，實(shí)現(xiàn)9到0的倒計(jì)時(shí)，將~clad端接入主持人控制電路的開關(guān)s9上，也就是將Q點(diǎn)接入M點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)主持人統(tǒng)一對(duì)74ls192進(jìn)行復(fù)位為9。并且將P點(diǎn)接入與cd4511四個(gè)輸入端的二極管上，使得只要有一個(gè)輸入為高電平就能使得計(jì)時(shí)電路停止工作，也就是實(shí)現(xiàn)只要有選手搶答成功的一瞬間，倒計(jì)時(shí)會(huì)保留在搶答成功的那個(gè)時(shí)刻，并顯示在數(shù)碼管上。
5. 電路調(diào)試5.1調(diào)試過(guò)程

根據(jù)本系統(tǒng)八路搶答器的工作流程，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，首先上主持人沒(méi)有打開控制按鈕，選手不可以搶答，任何按鍵按下都不會(huì)有反應(yīng)，倒計(jì)時(shí)停留在9秒不變，如圖8所示：
圖8 準(zhǔn)備搶答狀態(tài)
此時(shí)主持人決定開始搶答，打開控制按鈕，并且計(jì)時(shí)器開始從9倒計(jì)時(shí)，并且顯示搶答者號(hào)碼的led顯示為0，如圖9所示:
若此時(shí)有選手按下?lián)尨疰I，則此時(shí)倒計(jì)時(shí)停止，并且在搶答器數(shù)碼管上會(huì)顯示出搶答成功的選手的按鈕的號(hào)碼，并且蜂鳴器會(huì)立即發(fā)出響聲，此時(shí)倆者會(huì)保持直到主持人按下復(fù)位按鈕，如圖10所示：
若此時(shí)需要進(jìn)行新一輪的搶答，則此時(shí)只需要主持人按下控制按鈕即可，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)復(fù)原。如圖11所示。

圖11 系統(tǒng)復(fù)位圖
電路基本達(dá)到要求，調(diào)試成功。
5.2調(diào)試遇到的問(wèn)題
調(diào)試過(guò)程遇到了許多問(wèn)題。
首先是，時(shí)鐘電路不知道怎么樣才能使得選手按下的時(shí)候停止時(shí)間，后來(lái)想到了，蜂鳴器的作用，既然每一個(gè)選手按鍵按下都能使得蜂鳴器發(fā)出響聲，那也就是每一個(gè)選手按鍵按下都能產(chǎn)生一個(gè)不會(huì)變化的壓降，也就能使得74ls192輸入down端的信號(hào)不在變化，從而使得計(jì)時(shí)停止。
其次是，一開的搶答器不成功，當(dāng)選手按下不進(jìn)行鎖存，后來(lái)通過(guò)更換軟件解決了這個(gè)問(wèn)題。

6. 設(shè)計(jì)總結(jié)
在本次課程設(shè)計(jì)中，收獲了許許多多的知識(shí)，掌握了cd4511和74ls192芯片的功能，并且能夠在實(shí)際電路中運(yùn)用，而且還掌握了555構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器，知道了如何運(yùn)用計(jì)數(shù)產(chǎn)生各種延時(shí)的脈沖，不止是一秒鐘。當(dāng)然設(shè)計(jì)的過(guò)程也不是一帆風(fēng)順，在設(shè)計(jì)延時(shí)電路時(shí)進(jìn)行了各種計(jì)算，最后算出來(lái)的1秒鐘在實(shí)際電路中也有很大偏差，實(shí)在沒(méi)有找到原因，所以就將延時(shí)縮短，從而在實(shí)際電路中能夠接近于一秒鐘。
總的來(lái)說(shuō)，我認(rèn)為本次課程設(shè)計(jì)還是比較輕松的，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中我也有些偷懶，比如可以設(shè)計(jì)成1到10秒的倒計(jì)時(shí)，可以給搶答者看的更加清晰。這應(yīng)該也是此次設(shè)計(jì)可以改進(jìn)的地方。設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也有所體會(huì)，不管是學(xué)什么都需要有耐心和毅力，態(tài)度也很重要。
7. 參考文獻(xiàn)
[1].于天河，薛楠. 基于案例的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2017.1
[2].康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)：數(shù)字部分(第6版)[M]. 北京:高等教育出版社,2016.4
[3].康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)：模擬部分(第6版)[M]. 北京:高等教育出版社,2016.4
作者: 吃飽    時(shí)間: 2024-12-12 10:40
大佬有仿真文件嗎還有文件球球了



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